无线局域网WLAN

无线局域网WLAN

无线局域网提供了移动接入的功能，这就给许多需要发送数据但不能坐在办公室的人提供了方便。其次局域网络管理的主要工作之一就是铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出断线所在。由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路。虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高了。而用无线局域网则比较容易。在局域网刚刚问世后的一段时间，无线局域网的发展比较缓慢，其原因是价格贵、数据传输率低、安全性较差，以及使用登记手续复杂（使用无线电频率必须得到有关部门的批准）。但自20世纪80年代末以来，由于人们工作和生活节奏的加快以及移动通讯技术的飞速发展，无线局域网络也就逐步进入市场。无线局域网简称WLAN （Wireless Local Area Networks）。

无线局域网可分为两大类，第一类是有固定基础设施的，第二类是无固定基础设施的。所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的，能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。大家经常使用的蜂窝移动电话就是利用移动电信公司预先建立的覆盖全国的大量固定基站来接通用户手机拨打打电话。

无线局域网拓扑结构概述：基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用可以不必授权的ISM频段中的2.4GHz或5GHz射频波段进行无线连接。它们被广泛应用，从家庭到企业再到Internet接入热点。

简单的家庭无线WLAN：在家庭无线局域网最通用和最便宜的例子，如图1所示，一台设备作为防火墙，路由器，交换机和无线接入点。这些无线路由器可以提供广泛的功能，例如：保护家庭网络远离外界的入侵。允许共享一个ISP（Internet服务提供商）的单一IP 地址。可为4台计算机提供有线以太网服务，但是也可以和另一个以太网交换机或集线器进行扩展。为多个无线计算机作一个无线接入点。通常基本模块提供2.4GHz802.11b/g操作的Wi-Fi，而更高端模块将提供双波段Wi-Fi或高速MIMO性能。

双波段接入点提供2.4GHz802.11b/g/n和5.8GHz802.11a性能，而MIMO接入点在2.4GHz范围中可使用多个射频以提高性能。双波段接入点本质上是两个接入点为一体并可以同时提供两个非干扰频率，而更新的MIMO设备在2.4GHz范围或更高的范围提高了速度。2.4GHz范围经常拥挤不堪而且由于成本问题，厂商避开了双波段MIMO设备。双波段设备不具有最高性能或范围，但是允许你在相对不那么拥挤的5.8GHz范围操作，并且如果两个设备在不同的波段，允许它们同时全速操作。家庭网络中的例子并不常见。该拓扑费用更高但是提供了更强的灵活性。路由器和无线设备可能不提供高级用户希望的所有特性。在这个配置中，此类接入点的费用可能会超过一个相当的路由器和AP一体机的价格，归因于市场中这种产品较少，因为多数人喜欢组合功能。一些人需要更高的终端路由器和交换机，因为这些设备具有诸如带宽控制，千兆以太网这样的特性，以及具有允许他们拥有需要的灵活性的标准设计。

1.IEEE 80

2.11

对于第一类有固定基础设施的无线局域网，1997年IEEE制定出无线局域网的协议标准802.11[W-IEEE802.11]系列标准。802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。2003年5月，我国颁布了WLAN的国家标准，该标准采用了ISO/IEC 8802-11系列国际标准，并针对WLAN的安全问题，把国家对密码算法和无线电频率的要求纳入进来。有关无线局域网的IEEE标准都可以从因特网下载[W-IEEE802].

802.11是个相当复杂的标准。但简单地说，802.11是无限以太网的标准，它使用星型拓扑，其中心叫做接入点AP（Access Point），在MAC层使用CSMA/CA协议。凡使用

802.11系列协议的局域网又称为Wi-Fi （Wireless-Fidelity ，意思是“无线保真度”）[W-WiFi]。因此在许多文献中，Wi-Fi 几乎成了WLAN 的同义词。

802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS （Basic Service Set ）。一个基本服务集BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS 以内都可以直接通信，但在和本BSS 意外的站通信时都必须通过本BSS 的基站。当网络管理员安装AP 时，必须为该AP 分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID （Service Set IDentifier ）和一个信道。SSID 其实是指使用该AP 的无线局域网的名字。一个基本服务集BSS 所覆盖的地理范围叫做一个基本服务区BSA （Basic Service Area ）。基本服务区BSA 的范围直径一般不超过100米。

一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP 连接到一个分配系统DS （Distribution System ），然后再连接到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS （Extended Service Set ）。（图1）分配系统的作用就是使扩展的服务集ESS 对上层的表现就像一个基本服务集BSS ―样。分配系统可以使用以太网（这是最常用的）、点对点链路或其他无线网络。扩展服务集ESS 还可为无线用户提供到802.X 局域网（也就是非802.11无线局域网）的接入。这种接入是通过叫做Portal （门户）的设各来实现的。Portal 是802.11定义的新名词，其实它的作用就相当于一个网桥。在一个扩展服务集内的几个不同的本服务集也可能有相交的部分。在图1中的移动站A 如果要和另一个基本服务集中的移动站B 通信，就必须经过两个接入点1AP 和2AP ，即A →1AP →2AP →B 。我们应当注意到，从1AP 到2AP 的通信是使用有线传输的。

图1 IEEE802.11的基本服务集BSS 和扩展服务集ESS

图1还画出了移动站A 从一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（图中的A ′），而仍然可保持与另一个移动站B 的通信，但A 在不同的基本服务集所使用的接入点AP 改变了。基本服务集的服务范围是由移动站所发射的电磁波的辐射范围确定的，在图1中用一个椭圆来表示基本服务集的服务范围，当然实际上的服务范围可能是很不规则的几何形状。

802.11标准并没有定义如何实现漫游，但定义了一些基本的工具。例如，一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS ，就必须先选择一个接入点AP ，并与此接入点建立关联（association ）。建立关联就表示这个移动站加入了选定的AP 所属的子网，并和这个接入点AP 之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP 才能向其他站点发送数据帧。这和手机开机后必须和某个基站建立

关联的概念是相似的。

若移动站使用重建关联（reassociation ）服务，就可把这种关联转移到另一个接入点。当使用分离（dissociation ）服务时，就可终止这种关联。移动站与接入点AP 建立关联的方法有两种。一种是被动扫描，即移动站等待接收接入点AP 周期性发出的（例如每秒10次或100次）信标帧（beacon frame ）。信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符SSID 以及支持的速率等）。另一种是主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧（probe request frame ），然后等待从接入点发回的探测晌应帧（probe response frame ）。

由于无线局域网己非常普及，因此现在无论是笔记本电脑或台式计算机，其主板上都己经有了内置的无线局域网适配器（也就是无线网），因而不需要再插入外置的无线网卡了。无线局域网的适配器能够实现802.11的物理层和MAC 层的功能。只要在无线局域网信号覆盖的地方，用户就能够通过接入点AP 连接到因特网由于无线信道的使用日益增多，囚此现在也出现了无线因特网服务提供者WISP （Wireless Internet Service Provider ）这一名词。用户可以通过无线信道接入到WISP ，然后再经过无线信道接入到因特网。 若无线局域网不提供免费接入，那么用户就必须在和附近的接入点AP 建立关联时，键入已经在网络运营商注册登记的用户密码（这时的通信是加了密的）。如键入正确，才能和在该网络中的AP 建立关联。在无线局域网发展初期，这种接入加密方案称为WEP （Wired Equivalent Privacy ，意思是“有线等效的保密”），它曾经是19”年通过的IEEE802.11b 的标准中的一部分。然而WEP 的加密方案相对比较容易被破译，囚此现在的无线局域网普遍采用了保密性更好的加密方案WPA （WiFi Protected Access ），意思是“无线局域网受保护的接入”或其第二个版本WPA2。

2.移动自组网络

另一类无线局域网是无囿定基础设施的无线局域网，它又叫做自组网络（ad hoc network 。这种自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP ，而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络（图2）。图中还画出了当移动站A 和E 通信时，是经过A →B ，B →C ，C →D 和最后D →E 这样一连串的存储转发过程。因此，在从源结点A 到目的结点E 的路径中的移动站B ，C 和D 都是转发结点，这些结点都具有路由器的功能。由于自组网络没有预先建好的网络固定基础设施（基站），因此自组网络的服务范围通常是受限的，而且自组网络一般也不和外界的其他网络相连接。移动自组网络也就是移动分组无线网络。

图2由处于平等状态的一些便携机构成的白组网络

自组网络通常是这样构成的：一些可移动的设备发现在它们附近还有其他的可移动设 自组网络 A E

D C B F 目的结点

转发结点 转发结点

各，并且要求和其他移动设备进行通信。另一个重要问题是多播。在移动自组网络中往往需要将某个重要信息同时向多个移动站传送。这种多播比固定结点网络的多播要复杂得多，需要有实时性好而效率又高的多播协议。在移动自组网络中，安全问题也是一个更为突出的问题。

近年来，移动自组网络中的一个子集——无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）引起了入们广泛的关注。无线传感器网络是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。无线传感器网络的应用就是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。由于无线传结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。此外，无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。

据统计，全球98%的处理器并不在传统的计算机中，而是处在各种家电设备、运输工具以及工厂的机器中。如果在这些设各上能够嵌入合适的传感器和无线通信功能，就可能移动站之间相互通信组成的临时网络。移动自组网络和移动IP并不相同，即使在和因特网相连时，移动自组网络也是以残桩网络（stub network）方式工作的。

根据物理层的不同（如工作频段、数据率、调制方法等），802.11无线局域网可再细分为不同的类型。现在最流行的无线局域网是802.11b，而另外两种（802.11a和802.11g）的产品也广泛存在。2009年还颁布了新的标准802.11n。表1是这四种无线局域网标准的简单比较。在今后的几年内可能还会有一些更高速率的无线局域网在市场上流行。

表1 几种常用的80211无线局域网

无线局域网最初还使用过跳频扩频FHSS （Frequency Hopping Spread Spectrum）和红外技术IR（InfraRed），但现在已经很少使用了。

以上四种标准都使用共同的媒体接入控制协议，都可以用于有固定基础设施的或无固定基础设施的无线局域网。

对于最常用的802.11b无线局域网，所工作的2.4~2.485GHz频率范围中有85MHz的带宽可用。802.11b定义了11个部分重叠的信道集，但仅当两个信道由四个或更多信道隔开时它们才无重叠。其中，信道1，6和11的集合是唯一的三个非重叠信道的集合。因此，在同一个位置上可以设置三个AP，并分别给它们分配信道1，6和11，然后用一个交换机把这三个AP连接起来，这样就可以构成一个最大传输速率为33Mb/s的无线局域网。

在无线局域网中，在发送数据之前先对媒体进行载波监听。如发现有其他站在发送数据，就推迟发送以免发生碰撞。这样做是合理的。但问题是“碰撞检测”（CD）在无线环境下却不能使用。理由如下:

（1）“碰撞检测”要求丁个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道。一旦检测到碰撞，就立即停止发送。但由于无线信道的传输条件特殊，其信号强度的动态范围非常大，因此在8⒆。11适配器上接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度（信

号强度可能相差百万倍）。如要在无线局域网的适配器上实现检测到碰撞，在硬件上需要的花费就会过大。

（2）更重要的是，即使我们能够在硬件上实现无线局域网的碰撞检测功能，我们仍然无法避免碰撞的发生。这就表明，无线局域网不需要进行碰撞检测。

“无线局域网不需要进行碰撞检测”是由无线信道本身的特点决定的。我们知道，无线电波能够向所有的方向传播，且其传播距离受限。当电磁波在传播过程中遇到障碍物时，其传播距离就会受到限制。如图9-4所示的例子表示了无线局域网的特殊问题。图中给出两个无线移动站A和B，以及接入点AP。我们假定无线电信号传播的范围是以发送站为圆心的一个圆形面积。

错误!

图3无线局域网中的特殊问题

图3（a）表示站点A和C都想和B通信。但A和C相距较远，彼此都听不见对方。当A和C检测到信道空闲时，就都向B发送数据，结果发生了碰撞。G6BK-1114P-US-5V 这种未能检测出信道上其他站点信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem）。

图3（b）给出了另一种情况。站点B向A发送数据。而C叉想和D通信。但C检测到信道忙，于是就不敢向D发送数据，其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据（如果这时不是B向A发送数据而是A向B发送数据，则当C向D发送数据时就会干扰B接收A发来的数据）。这就是暴露站问题（exposed station problem）。在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站进行通信。这点与有线局域网有很大的差别。

由此可见，无线局域网可能出现检测错误的情况:检测到信道空闲，其实并不空闲;而检测到信道忙，其实并不忙。

我们知道，CSMA/CD有两个要点，一是发送前先检测信道，信道空闲就立即发送，信道忙就随机推迟发送;二是边发送边检测信道，一发现碰撞就立即停止发送。因此，偶尔发生的碰撞并不会使局域网的运行效率降低很多。但无线局域网不能使用碰撞检测，只要开始发送数据，就一定把整个帧发送完毕。由此可见，如果在无线局域网的发送过程中，一旦发生了碰撞，那么整个信道资源在这段时间就白白浪费了。因此，无线局域网应当尽量减少碰撞的发生。

802.11局域网就使用CSMA /CA协议。CA表示Collision Avoidance，是碰撞避免的意思，或者说，协议的设计是要尽量减少碰撞发生的概率。

802.11局域网在使用CSMA/CA的同时，还使用停止等待协议。这是因为无线信道的通信质量远不如有线信道的，因此无线站点每通过无线局域网发送完一帧后，要等到收到对方的确认帧后才能继续发送下一帧。这叫做链路层确认。

802.11标准设计了独特的MAC层（图4）。它通过协调功能（Coordination Function）来确定在基本服务集BSS中的移动站，在什么时间能发送数据或接收数据。802.11的MAC 层在物理层的上面，它包括两个子层。

图4 802.11的MAC 层

（1）分布协调功能DCF （Distributed Coordination Function 。DCF 不采用任何中心控制，而是在每一个结点使用CSNIA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此DCF 向上提供争用服务。802.11协议规定，所有的实现都必须有DCF 功能。

（2）点协调功能PCF(Point Coordination Function)。PCF 是选项，是用接入点AP 集中控制整个BSS 内的活动，囚此自组网络就没有PCF 子层。PCF 使用集中控制的接入算法，类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站，避免了碰撞的产生。对于时间敏感的业务，如分组话音，就应使用提供无争用服务的点协调功能PCF 。

为了尽量避免碰撞，802.11规定，所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时问（继续监听）才能发送下一帧。这段时间通称为帧间间隔IFS(InterFrame space ）。帧间间隔的长短取决于该站要发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。至于各种帧间间隔的具体长度，则取决于所使用的物理层特性。

下面解释最常用的两种帧间间隔的作用（参考图5）:

SIFS

图5CSMA/CA 协议的 工作原理

（1）SIFS ，即短(short)帧间间隔，长度为28s μ。SIFS 是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。

（2）DIFS ，即分布协调功能帧间间隔，它比SIFS 的帧间间隔要长得多，长度为128I s μ。在DCF 方式中，DIFS 用来发送数据帧和管理帧。

CSMA/CA 协议的工作原理可用图5来说明。要发送数据的站先检测信道。在802.11标准中，规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否 A

时间

DIFS 媒体空闲 S IFS 时间 NAV （媒体忙） DIFS 争用窗口 发送下一帧 推迟接入

等待重试时间 有帧要发送 源站 时间 目的站 A CK SIFS 其他站 有帧要发送

发送第 1 帧

超过一定的门限数值，就可判断是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间DIFS后就可发送。

802.11标准还采用了一种叫做虚拟载波监听（Virtual Carrier Sense）的机制，这就是让源站把它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）及时通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据，这样就大大减少了碰撞的机会。“虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。这种效果好像是其他站都监听了信道。所谓“源站的通知”就是源站在其MAC帧首部中的第二个字段“持续时间”中，填入了在本帧结束后还将要占用信道多少时间（以微秒为单位），包括目的站发送确认帧所需的时间。

当一个站检测到正在信逍中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量NAV（Network Allocation Vector）。NAV指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态.因此，某个站认为信道处于忙态就有两种可能，一种可能是由于其物理层的载波监听检测到信道忙，另一种可能就是由于V1AC 层的虚拟载波监听机制指出了信道忙。

图5指出，当信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，只要不是要发送的第一个帧，不仅都必须等待一个DIFS的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间，以便再次重新试图接入到信道。请读者注意，在以太网的CSMA/CD协议中，要发送数据的站，在监听到信道变为空闲就立即发送数据，同时进行碰撞检测。如果发生了碰撞，就执行退避算法。但在8Ⅱ.11标准的C哑￡A协议中，因为没有像以太网那样的碰撞检测机制，所以，在信道从忙态转为空闲时，各站就要执行退避算法。这样做就减少了发生碰撞的概率。802.11标准也是使用二进制指数退避算法，但具体做法稍有不同。这就是:第次退避就在'+氵个时隙中随机地选择一个。这就是说，第1次退避是在8个时隙（而不是2个）中随机选择一个，而第2次退避是在16个时隙（而不是4个）中随机选择一个。

当某个要发送数据的站，使用退避算法选择了争用窗口中的某个时隙后，就根据该时隙的位置设置一个退避计时器（backoff timer）。当退避计时器的时间减小到零时，就开始发送数据。也可能当退避计时器的时间还未减小到零时而信道又转变为忙态，这时就冻结退避计时器的数值，重新等待信道变为空闲，再经过时间DIFS后，继续启动退避计时器（从剩下的时间开始）。这种规定有利于继续启动退避计时器的站更早地接入到信道中。

图6 802.11的退避机制

图6表示当A正在发送数据时，B，C和D都有数据要发送（用向上的箭头表示）。由于这三个站都检测到信道忙，因此都要执行退避算法，各自随机退避一段时间再发送数据。标准规定，退避时间必须是整数倍的时隙时间。

这里决定退避时间的变量i称为退避变量。退避时间选定后，就相当于设置了一个退避计时器（backoff timer）。站点每经历一个时隙的时间就检测一次信道。这可能发生两种情况:若检测到信道空闲，退避计时器就继续倒计时;若检测到信道忙，就冻结退避计时器的剩余时间，重新等待信道变为空闲并再经过时间DIFS后，从剩余时间开始继续倒计时。如果退避计时器的时间减小到零时，就开始发送整个数据帧。

从图9-7可以看出，C的退避计时器最先减到零，于是C立即把整个数据帧发送出去。请注意，A发送完数据后信道就变为空闲。C的退避计时器一直在倒计时。当C在发送数据的过程中，B和D检测到信道忙，就冻结各自的退避计时器的数值，重新期待信道变为空闲。正在这时E也想发送数据。由于E检测到信道忙，因此E就执行退避算法和设置退避计时器。

冻结退避计时器剩余时间的做法是为了使协议对所有站点更加公平。

CSMA/CA算法归纳如下:

（1）若站点最初有数据要发送（而不是发送不成功再进行重传），且检测到信道空闲，在等待时间DIFS后，就发送整个数据帧。

（2）否则，站点执行CSMA/CA协议的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器。只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。

（3）当退避计时器时间减少到零时（这时信道只可能是空闲的），站点就发送整个的帧并等待确认。

（4）发送站若收到确认，就知道已发送的帧被目的站正确收到了。这时如果要发送第二帧，就要从上面的步骤（2）开始，执行CSMA/CA协议的退避算法，随机选定一段退避时间。

若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重传此帧（再次使用CSMA/CA协议争用接入信道），直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。

应当指出，当一个站要发送数据帧时，仅在下面的情况下才不使用退避算法:检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是它想发送的第一个数据帧。除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。具体来说，以下几种情况都必须使用退避算法:

（1）在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。

（2）每一次的重传。

（3）每一次的成功发送后再要发送下一帧。

为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题，802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。具体的做法是这样的。如图7所示，源站在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送RTS（Request T o send），它包括源地址、目的地址和这次通信（包括相应的确认帧）所需的持续时间。当然，源站在发送RTS帧之前，必须先监听信道。若信道空闲，则等待一段时间DIFS后，就能够发送RTS帧了。若目的站正确收到源站发来的RTS帧，且媒体空闲，等待一段时间SIFS后，就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS( Clear T o Send），它也包括这次通信所需的持续时间（从RTS帧中将此持续时间复制到CTS帧中）。源站收到CTS帧后，再等待一段时间⒏FS后，就可发送其数据帧。若目的站正确收到了源站发来的数据帧，在等待时间SIFS后，就向源站发送确认帧ACK。错误!

发送RTS帧和CTS帧以避免碰撞使用RTS帧和CTS帧会使整个网络的通信效率有所下降。但由于这两种控制帧都很短，其长度分别为20字节和14字节，与数据帧（最长可达23弱字节）相比开销不算大。相反，若不使用这种控制帧，则一旦发生碰撞而导致数据帧重发，则浪费的时间就更多。

协议设有三种情况供用户选择:

（1）使用RTS帧和CTS帧;

（勾只有当数据帧的长度超过某一数值时，才使用RTS帧和CTS帧（显然，当数据帧本身就很短时，再使用RTS帧和CTS帧只能增加开销）;

（3）不使用RTS帧和CTS帧。

虽然协议经过了精心设计，但碰撞仍然会发生。例如，FH12-50S-0.5SV有两个站同时向同一个目的站发送RTS帧。这两个RTS帧发生碰撞后，使得目的站收不到正确的RTS帧，因而目的站就不会发送后续的CTS帧。这时，原先发送RTS帧的两个站就各自随机地推迟一段时间后重新发送其RTS帧。推迟时间的算法也是使用二进制指数退避。在图9-8中，在除源站和目的站以外的其他各站中，在收到CTS帧（或数据帧）后就设置其网络分配向量NAV，以便推迟接入到无线局域网中。这样就保证了源站和目的站之间的通信不会受到其他站的干扰。

为了更好地理解CSMA/CA协议，图8给出了CSMA/CA协议的基本流程图，它能帮助我们抓住这个协议的重点。我们可以看出，在这个流程图中没有考虑许多较为复杂的情况（如图9刀中的冻结剩余的退避时间等问题）。

图8 CSMA/CA的基本流程图

802.11局域网的MAC帧的结构。802.11帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧。通过下面图9所介绍的802.11局域网数据帧的主要字段，可以进一步了解802.11局域网的MAC帧的特点。

图9 802.11局域网的数据帧

从图9可以看出，802.11数据帧由以下三大部分组成:

（1）WIAC首部，共30字节。帧的复杂性都在帧的MAC首部。

（2）帧主体，也就是帧的数据部分，不超过2312字节。这个数值比以太网的最大长度长很多。不过802.11帧的长度通常都是小于1500字节。

（3）帧检验序列FCS是MAC尾部，共4字节。

802.11数据帧最特殊的地方就是有四个地址字段。地址4用于自组网络。这三个地址的内容取决于帧控制字段中的“去往AP”（发送到接入点）和“来自AP”（从接入点发出）这两个子字段的数值。这两个子段各占1位，合起来共有4种组合，用于定义802.11帧中的几个地址字段的含义。然，这些地址都是MAC地址（在数据链路层不可能使用P地址）。

表2 数据报在路由器R与移动站C之间传送（表中地址都是MAC地址）（1）序号控制字段占16位，其中序号子字段占12位（从0开始，每发送一个新帧就加1，到4095后再回到0），分片子字段占4位（不分片则保持为0。如分片则帧的序号子字段保持不变，而分片子字段从0开始，每个分片加1，最多到15）。重传的帧的序号和分片子字段的值都不变。序号控制的作用是使接收方能够区分开是新传送的帧还是因出现差错而重传的帧。这和运输层讨论的序号的概念是相似的。

（2）持续期字段占16位。在9.1.3节第2小节“对信道进行预约”中已经讲过，CSMA/CA 协议允许发送数据的站点预约信道一段时间（包括传输数据帧和确认帧的时间）。这个时间就写入到持续期字段中。由于这个字段有多种用途（这里不对这些用途进行详细的说明），而最高位为0时才表示持续期。这样，持续期不能超过32767，单位是微秒。

（3）帧控制字段共分为11个子字段。下面介绍其中较为重要的几个。协议版本字段现在是0。

类型字段和子类型字段用来区分帧的功能。上面已讲过，802.11帧共有三种类型:控制帧、数据帧和管理帧，而每一种帧又分为若干种子类型。

更多分片字段置为1时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。我们知道，无线信道

的通信质量是较差的，因此无线局域网的数据帧不宜太长。当帧长为刀而误比特率`=

4

10 时，

正确收到这个帧的概率P=

n

P)

1( 。若沟=12144bt（相当于1518字节长的以太网帧），

则算出这时P=0.2969，即正确收到这样的帧的概率还不到30%。因此，为了提高传输效率，在信道质量较差时，需要把一个较长的帧划分为许多较短的分片。这时可以在一次使用RTS 和CTS帧预约信道后连续发送这些分片。当然这仍然要使用停止等待协议，即发送一个分片，等到收到确认后再发送下一个分片，不过后面的分片都不需要用RTS和CTS帧重新预约信道。